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高速磁悬浮车载电网DC/DC变换器的研究

作　者: 张剑
导　师: 李建兵
学　校: 西南交通大学
专　业: 系统工程
关键词: 开关电源直-直变换器全桥移相控制零电压开关
分类号: TM46
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
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内容摘要

车载电网的主要功能是为车上用电设备提供安全可靠的电源以保证磁浮列车的高速、安全运行。车载电网的安全功能是通过分布式独立的标准组件，以冗余的、容错的结构实现的。24V车载电网子系统主要对与安全相关的耗电设备，以及对供电可用度要求较高的用电设备供电。其电能来源于车载DC／DC的可靠供电。本论文本以上海磁浮运营示范线上的德国高速磁浮列车为背景，以磁浮列车国产化为目标，分析了车载24V电网子系统及地面模拟系统中直-直变换器的功能要求，并根据车载电源的要求和功能对其开关电源电路进行了深入的分析和研究。在分析了移相全桥零电压开关DC／DC变换器的工作原理和移相控制技术的特点的基础上，采取了有别于车载直流变换器的半桥拓扑结构、变频控制电路的设计方法，设计了全桥移相控制零电压开关的车载直流开关电源的样机，详细介绍了电路设计过程、给出了系统仿真结果及实验结果。最后对整个设计过程进行了总结，指出了系统设计过程中的不足。同时，提出相应的改进方法和下一步展开的工作，为设计的进一步完善奠定了基础。全文共分五章，前两章分别简单介绍了开关电源的发展状况、车载24V电网系统和车载DC／DC变换器的结构，后续章节重点介绍了移相全桥零电压开关DC／DC变换器的原理、样机的设计过程、系统模型仿真和实验结果的分析。

全文目录

摘要  6-7
Abstract  7-10
第1章绪论  10-17
  1.1 课题的背景和意义  10-12
  1.2 磁悬浮列车车载DC/DC变换器研究现状  12-13
  1.3 开关电源概述  13-15
    1.3.1 开关电源的优点和应用  13-14
    1.3.2 开关电源的发展总趋势  14-15
  1.4 本论文的主要内容  15-17
第2章车载24V电网和DC/DC直流变换器  17-23
  2.1 车载24V电网系统  17-19
  2.2 车载DC/DC直流变换器简介  19-23
    2.2.1 功能要求  19
    2.2.2 结构组成  19-20
    2.2.3 机械接口  20
    2.2.4 车载DC/DC直流变换器的电路分析  20-23
第3章移相全桥零电压软开关变换器  23-34
  3.1 基本的全桥脉宽调制变换器的工作原理  23-27
  3.2 移相控制全桥脉宽调制变换器工作原理  27-30
  3.3 超前臂和滞后臂实现零电压的方法  30-32
  3.4 全桥电路中功率开关管的不平衡问题  32-34
第4章全桥软开关电源的设计  34-59
  4.1 系统总体设计方案  34-35
  4.2 主电路的设计  35-43
    4.2.1 主功率开关管的选择  35-36
    4.2.2 输出整流二极管的选择  36
    4.2.3 高频变压器原副边匝数比的确定  36-37
    4.2.4 谐振电感值Lr的确定  37-38
    4.2.5 高频变压器的设计  38-40
    4.2.6 驱动变压器的设计  40-41
    4.2.7 输入滤波电路的设计  41
    4.2.8 输出滤波电路的设计  41-43
  4.3 控制电路的设计  43-51
    4.3.1 移相控制芯片UC3875介绍  43-46
    4.3.2 控制电路设计  46-49
    4.3.3 开关管驱动芯片MIC4420介绍  49-51
  4.4 实验平台的搭建  51
  4.5 系统的仿真分析  51-59
第5章实验结果分析与总结  59-65
  5.1 实验结果与分析  59-63
  5.2 总结及进一步的工作设想  63-65
结论  65-66
致谢  66-67
参考文献  67-71
附录1 DC/DC原理图1  71-72
附录2 DC/DC原理图2  72-73
附录3 DC/DC变换器照片  73-74
攻读硕士学位期间发表的论文及参与的科研项目  74

高速磁悬浮车载电网DC/DC变换器的研究

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